Ключевые слова
плазма
диагностика
моделирование
активные частицы
Как цитировать
Аннотация
проведен анализ и обобщение предпосылок, используемых для моделирования плазмы индукционного разряда в диапазоне условий, характерном для реакторов реактивно-ионного травления кремния и его соединений. Подтверждено, что применение функции Максвелла для энергетического распределения электронов обеспечивает корректное описание кинетики процессов под действием электронного удара. Показано, что реализация как прямого (основанного на решении уравнений химической кинетики с привлечением данных зондовой диагностики плазмы в качестве входных параметров), так и самосогласованного (дополненного уравнениями баланса вкладываемой мощности и скоростей процессов ионизации/рекомбинации заряженных частиц) алгоритма моделирования обеспечивает удовлетворительное согласие результатов расчета с данными независимых экспериментов. Приведены примеры сравнения расчета с экспериментом для плазмы Ar, Cl2 и CF4. Отмечено, что применение самосогласованного алгоритма в сложных многокомпонентных системах затруднено отсутствием или низкой достоверностью данных по сечениям процессов под действием электронного удара и транспортным характеристикам (коэффициентам диффузии, подвижностям) нестабильных продуктов плазмохимических реакций.
Литература
Nojiri K. Dry Etching Technology for Semiconductors. Tokyo: Springer International Publishing; 2015. 116 p.
Wolf S., Tauber R. N. Silicon Processing for the VLSI Era. Volume 1. Process Technology. New York: Lattice Press; 2000. 416 p.
Красников Г. Я. Возможности микроэлектронных технологий с топологическими размерами менее 5 нм. Nanoindustry Russia. 2020;13(5):13–19. DOI: 10.22184/1993-8578.2020.13.5s.13.19.
Lieberman M. A., Lichtenberg A. J. Principles of Plasma Discharges and Materials Processing. New York: John Wiley & Sons Inc.; 2005. 757 p.
Thorsteinsson E. G., Gudmundsson J. T. A Global (Volume Averaged) Model of a Chlorine Discharge. Plasma Sources Sci. Technol. 2010;19:015001 (1–15). DOI: 10.1088/0963-0252/19/1/015001.
Tinck S., Boullart W., Bogaerts A. Simulation of an Ar/Cl2 Inductively Coupled Plasma: Study of the Effect of Bias, Power and Pressure and Comparison with Experiments. J. Phys. D. Appl. Phys. 2008;41:065207 (1–12). DOI: 10.1088/0022-3727/41/6/065207.
Hsu C. C., Nierode M. A., Coburn J. W., Graves D. B. Comparison of Model and Experiment for Ar, Ar/O2 and Ar/O2/Cl2 Inductively Coupled Plasmas. J. Phys. D. Appl. Phys. 2006;39:3272–3284. DOI: 10.1088/0022-3727/39/15/009.
Corr C. S., Despiau-Pujo E., Chabert P., Graham W. G., Marro F. G., Graves D. B. Comparison between Fluid Simulations and Experiments in Inductively Coupled Argon/Chlorine Plasmas. J. Phys. D. Appl. Phys. 2008;41:185–202. DOI: 10.1088/0022-3727/41/18/185202.
Efremov A. M., Kim D. P., Kim C. I. Simple Model for Ion-Assisted Etching Using Cl2 −Ar Inductively Coupled Plasma: Effect of Gas Mixing Ratio. IEEE Trans. Plasma Sci. 2004;32(3):1344–1351. DOI: 10.1109/TPS.2004.828413.
Efremov A., Lee J., Kwon K. H. A Comparative Study of CF4, Cl2 and HBr + Ar Inductively Coupled Plasmas for Dry Etching Applications. Thin Solid Films. 2017;629:39–48. DOI: 10.1016/j.tsf.2017.03.035.
Lee C., Lieberman M. A. Global Model of Ar, O2, Cl2 and Ar/O2 High Density Plasma Discharges. J. Vac. Sci.Technol. A. 1995;13(2):368–377. DOI: 10.1116/1.579366.
Chantry P. J. A Simple Formula for Diffusion Calculations Involving Wall Reflection and Low Density. J. Appl. Phys. 1987;62:1141–1148. DOI: 10.1063/1.339662.
Nakagawa H., Morishita S., Noda S., Okigawa M., Inoue M., Sekine M., Ito K. Characterization of 100 MHz Inductively Coupled Plasma (ICP) by Comparison with 13.56 MHz ICP. J. Vac. Sci. Technol. A. 1999;17(4):1514–1525. DOI: 10.1116/1.581845.
Efremov A. M., Kim G. H., Kim J. G., Bogomolov A. V., Kim C. I. Applicability of Self-Consistent Global Model for Characterization of Inductively Coupled Cl2 Plasma. Vacuum. 2007;81(5):669–675. DOI: 10.1016/j.vacuum.2006.09.017.
Malyshev M. V., Donnelly V. M. Diagnostics of Chlorine Inductively Coupled Plasmas. Measurement of Electron Temperatures and Electron Energy Distribution Functions. J. Appl. Phys. 2000;87:1642–1650. DOI: 10.1063/1.372072.
Ullal S., Godfrey A., Edelberg E., Braly L., Vahedi V., Aydil E. Effect of Chamber Wall Conditions on Cl and Cl2 Concentrations in an Inductively Coupled Plasma Reactor. J. Vac. Sci. Technol. A. 2002;20:43–52. DOI: 10.1116/1.1421602.
Malyshev M. V., Donnelly V. M. Diagnostics of Inductively Coupled Chlorine Plasmas: Measurement of Electron and Total Positive Ion Densities. J. Appl. Phys. 2001;90:1130–1137. DOI: 10.1063/1.1381044.
Malyshev M. V., Fuller N. C. M., Bogart K. H. A., Donnelly V. M. Diagnostics of Inductively Coupled Chlorine Plasmas: Measurement of Cl2+ and Cl+ Densities. J. Appl. Phys. 2000;88:2246–2453. DOI: 10.1063/1.1288156.
Kimura T., Ohe K. Model and Probe Measurements of Inductively Coupled CF4 Discharges. J. Appl. Phys. 2002;92:1780–1787. DOI: 10.1063/1.1491023.
Kimura T., Ohe K. Probe Measurements and Global Model of Inductively Coupled Ar/CF4 discharges. Plasma Sources Sci. Technol. 1999;8:553–560. DOI: 10.1088/0963-0252/8/4/305.
Kimura T., Noto M. Experimental Study and Global Model of Inductively Coupled CF4/O2 Discharges. J. Appl. Phys. 2006;100:063303 (1–9). DOI: 10.1063/1.2345461.
Efremov A., Lee J., Kim J. On the Control of Plasma Parameters and Active Species Kinetics in CF4+O2+Ar Gas Mixture by CF4/O2 and O2/Ar Mixing Ratios. Plasma Chem. Plasma Process. 2017;37:1445– 1462. DOI: 10.1007/s11090-017-9820-z.
Baek S. Y., Efremov A., Bobylev A., Choi G., Kwon K.-H. On Relationships between Plasma Chemistry and Surface Reaction Kinetics Providing the Etching of Silicon in CF4, CHF3, and C4F8 Gases Mixed with Oxygen. Materials. 2023;16:5043 (1–18). DOI: 10.3390/ma16145043.